criteri generali di progettazione in zona sismica nuove ntc 2008

Criteri generali di progettazione

Corso: LE NUOVE NTC-2008

Progettazione strutturale in zona sismica

Giorgio Monti

Ordinario di Tecnica delle Costruzioni

CRITERI GENERALI DI

PROGETTAZIONE

4 Criteri generali - Giorgio Monti

Criteri generali di progettazione

•! Le costruzioni devono essere dotate di sistemi

strutturali che garantiscano rigidezza e resistenza

nei confronti delle due componenti ortogonali orizzontali delle azioni sismiche

•! Le costruzioni soggette all’azione sismica devono

essere progettate in accordo con i seguenti

comportamenti strutturali:

–! a) comportamento strutturale non-dissipativo

–! b) comportamento strutturale dissipativo.


Comportamenti strutturali

•! Non dissipativo ! SLE

–! Gli effetti sono calcolati senza tener conto delle non

linearità di comportamento (di materiale e geometriche)

•! Dissipativo ! SLU

–! Gli effetti sono calcolati, in funzione della tipologia

strutturale adottata, tenendo conto delle non linearità di

comportamento (di materiale sempre, geometriche quando

rilevanti e comunque sempre quando precisato).


Comportamenti strutturali

•! Gli elementi strutturali delle fondazioni

–! devono essere dimensionati sulla base delle sollecitazioni

ad essi trasmesse dalla struttura sovrastante

–! devono avere comportamento non dissipativo, indipendentemente dal comportamento strutturale

attribuito alla struttura su di esse gravante.


Filosofia dei codici


Livelli di prestazione


Comportamento strutturale dissipativo

•! Si distinguono due livelli di Capacità Dissipativa o

Classi di Duttilità (CD):

–! Classe di duttilità alta (CD”A”)

–! Classe di duttilità bassa (CD”B”)

•! La differenza è nella entità delle plasticizzazioni cui

ci si riconduce in fase di progettazione.


Comportamento strutturale dissipativo

•! Per assicurare tale comportamento (dissipativo e

duttile) evitando rotture fragili e la formazione di

meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso ai procedimenti tipici della gerarchia delle resistenze.


Criteri generali di progettazione antisismica

•! Dissipare energia durante il sisma, attraverso il

comportamento isteretico dei materiali

•! Aumentare il periodo di vibrazione della struttura

riducendo così la risposta all’eccitazione sismica

•! Evitare rotture fragili (improvvise e catastrofiche)

•! Avere notevoli vantaggi economici

–! E’ antieconomico progettare una struttura che rimanga

elastica sotto l’azione di terremoti violenti, aventi ridotta

probabilità di accadimento nella vita di riferimento della

struttura.


Sa/

PG

A

T (sec)

2%

5%

10%

15%

20%

25%

Struttura elastica

(sismi moderati)

To = N/12

! = 5%

T = (1.5÷2) To

! = (25÷30) %

Struttura danneggiata

(sismi violenti)

La risposta di una struttura antisismica

Elementi monodimensionali (travi, pilastri, pareti alte)

Elementi bidimensionali (travi alte, pareti basse)

Rapporti di

rigidezza e

resistenza. Disposizione degli

elementi strutturali

e non

Quantità relative,

caratteristiche e

disposizione dei materiali

Duttilità globale e duttilità locale

Tipico legame costitutivo dell’acciaio a trazione Test di compressione ciclica sul calcestruzzo: legame "!#$

Duttilità di materiale

–! L’acciaio da costruzione presenta tipicamente un’elevata duttilità

–! Il calcestruzzo è un materiale fragile ed è necessario far ricorso

al confinamento (staffe, spirali) per ottenere una buona duttilità.


Efficacia delle staffe e delle barre longitudinali ai fini del confinamento e comportamento schematico del calcestruzzo, confinato e non

Diagrammi "!# del calcestruzzo al variare della percentuale di staffe

Duttilità conferita al calcestruzzo


Duttilità di sezione

•! La duttilità si riduce: –! All’aumentare dello

sforzo di compressione

–! All’aumentare della

armatura tesa

•! La duttilità aumenta: –! All’aumentare della

armatura compressa

–! All’aumentare della

armatura trasversale •! aumenta il confinamento

del calcestruzzo.


Diagrammi momento-curvatura al variare della percentuale di armatura tesa

Influenza dell’armatura compressa sui diagrammi M-%$



Influenza della percentuale di armatura trasversale sui diagrammi M-%$

Influenza dello sforzo normale sui diagrammi M-%$



Instabilità dell’armatura longitudinale e contenimento delle staffe Effetti del second’ordine

Duttilità di elemento

•! La duttilità di elemento dipende fortemente:

–! Dall’armatura (staffe) nella cerniera plastica

•! Si riduce il rischio di instabilità delle barre longitudinali compresse

–! Dall’entità dello sforzo normale •! Aumentano gli effetti del secondo ordine.


Duttilità di struttura

•! Graficamente la duttilità di spostamento di un edificio può

essere individuata sulla curva “taglio alla base – spostamento

in sommità” (Curva di Capacità), ottenuta analiticamente

applicando opportune distribuzioni di forze statiche equivalenti

ai piani (metodo pushover).


STRUTTURA

DUTTILE

(i) Evitare rotture fragili

(improvvise e catastrofiche),

(ii) Dissipare energia limitando

accelerazioni e spostamenti

prodotti dal sisma,

(iii) Vantaggi economici.

(a) Adeguata concezione strutturale

(b) Cura nei dettagli costruttivi

(1) µR < µu,

(2) comportamento ciclico isteretico

globale stabile ed altamente dissipativo.

Capacity Design

Regole pratiche

Capacity Design

1 Flessione travi

2 Taglio travi

3 Flessione pilastri

4 Taglio pilastri

5 Rottura nodi

Gerarchia

delle

resistenze

Capacity Design


La gerarchia delle resistenze (GR)

•! La GR consente di progettare strutture duttili capaci

di abbattere l’azione sismica (fattore di struttura q)


Spettro elastico

Spettro di progetto

0.25g

0.625g

0.135g

Come si ottiene la GR?

Si progettano gli e/m duttili

con l’azione ridotta

Si progettano gli e/m fragili

con le forze max trasmesse

dagli e/m duttili

Sa/q

T

Sa

T

Sa


•! Le dissipazioni di energia per isteresi si localizzano

in zone “dissipative” o “critiche”, dimensionando gli

elementi non dissipativi secondo il criterio di gerarchia delle resistenze

•! I dettagli costruttivi delle zone critiche devono

ricevere una particolare attenzione ed essere

esaurientemente specificati negli elaborati di

progetto.



•! Ciò si realizza se i meccanismi fragili possiedono,

nei confronti delle zone dissipative, una

sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica

•! La sovraresistenza è valutata moltiplicando la

resistenza nominale di calcolo delle zone

dissipative per un opportuno coefficiente &Rd:

–! 1,3 per CD”A”

–! 1,1 per CD”B”.



•! Si tratta di progettare gli e/m fragili in base alle

massime azioni (le resistenze opportunamente

amplificate) trasmesse dagli e/m duttili


F

F

Fy


•! Si tratta di progettare gli e/m fragili in base alle

massime azioni (le resistenze opportunamente

amplificate) trasmesse dagli e/m duttili


Fy Fy

Fy

La forza

non può crescere oltre Fy

e quindi l’elemento fragile

è automaticamente protetto

Meccanismi di collasso: schemi

–! Plasticizzazione dei pilastri: meccanismo di “piano soffice”

–! Plasticizzazione in tutte le travi

–! Plasticizzazione parziale delle travi


Gerarchia delle resistenze nelle travi

Vmin Vmax

&Rd ! MR &Rd ! MR


Gerarchia delle resistenze nei pilastri


Meccanismo di “piano soffice”


Meccanismi di collasso: esempi


Meccanismi di collasso: cerniere plastiche carenti


Meccanismi di collasso: cerniere plastiche carenti

•! Questo è un caso

dove le staffe

sono disposte con passo

90 cm !!!



Meccanismi di collasso: pilastri fragili


Meccanismi di collasso: pilastri duttili (!)


Meccanismi di collasso: taglio nei pilastri


Meccanismi di collasso: nodi

CARATTERISTICHE GENERALI

DELLE COSTRUZIONI


Caratteristiche generali delle costruzioni

Regolarità

•! Configurazione in pianta compatta e approssimativamente

simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla

distribuzione di masse e rigidezze

•! Rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta

inscritta inferiore a 4

•! Nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il

25 % della dimensione totale della costruzione nella

corrispondente direzione

•! Gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e

sufficientemente resistenti.



Distanza tra costruzioni contigue

•! Deve essere tale da evitare il martellamento

–! Non può essere inferiore alla somma degli spostamenti

massimi determinati per lo SLV

•! Qualora non si eseguano calcoli specifici, lo

spostamento massimo di una costruzione alta H,

può essere stimato come:



Altezza massima dei nuovi edifici

•! Costruzioni di legno e di muratura non armata che

non accedono alle riserve anelastiche:

–! Zona 1: due piani dal piano di campagna, ovvero dal ciglio della strada

–! Altre zone: opportunamente limitata, in funzione delle loro

capacità deformative e dissipative e della classificazione

sismica del territorio

•! Altre tipologie strutturali (cemento armato, acciaio,

muratura armata, ecc.):

–! Determinata unicamente dalle capacità resistenti e deformative della struttura.



Limitazione dell’altezza in funzione della

larghezza stradale

•! I regolamenti e le norme di attuazione degli

strumenti urbanistici possono introdurre limitazioni

–! Per ciascun fronte dell’edificio verso strada, definiranno la distanza minima tra la proiezione in pianta del fronte

stesso ed il ciglio opposto della strada

–! Si intende per strada:

•! L’area di uso pubblico aperta alla circolazione di pedoni e veicoli,

•! Lo spazio inedificabile non cintato aperto alla circolazione pedonale.


GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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